Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T17:27:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavalcante_PaulaFrassinetti_M.pdf: 4909244 bytes, checksum: f9f88e5874d8b1727ede08f5831d24eb (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: A análise do comportamento da fundação e sua influência na resposta do sistema completo rotor-suportes-fundação é fundamental para análise dinâmica deste sistema. Dessa forma, este trabalho apresenta uma metodologia para a análise do comportamento da fundação, usando técnicas de análise modal para determinar os parâmetros modais da fundação (massa, fator de amortecimento e freqüência natural). Para a identificação desses parâmetros, foi feita a análise das funções de transferências do modelo numérico da estrutura, onde a técnica utilizada foi a discretização da fundação pelo método dos elementos finitos. O cálculo das funções de transferência do modelo é feito para uma força de excitação harmônica unitária, atuando em um determinado nó do modelo discretizado. Em seguida, foram definidos alguns nós de interesse no modelo discretizado e aplicadas técnicas de análise modal para calcular as freqüências naturais da estrutura. A transformada de Fourier da resposta em freqüência do sistema é calculada e através do espectro de freqüências do sistema, é feita a escolha dos modos de vibrar mais significativos, associados às freqüências naturais que significantemente participam da resposta do sistema. Em seguida, é feito o cálculo dos parâmetros de massa, fator de amortecimento e rigidez dos modos considerados. A matriz de impedâncias mecânicas é obtida para estes modos. Os resultados obtidos foram plotados e analisados. Resultados adicionais mostrando todo comportamento da estrutura, cujos parâmetros foram identificados a partir de uma função de transferência analítica, são apresentados, cuja importância é relevante na implementação e comparação com o modelo físico / Abstract: The behavior analysis of foundation and its influence on the complete system response, rotor-bearings-foundation, is of great importance in its dynamic analysis. In this way, this work presents a methodology for behavior analysis of the foundation using modal analysis technique to determine the modal parameters of the foundation (damping factor, natural frequency and generalized mass). The analysis of the numeric modeI transfer functions of the structure was done in order to identify these parameters, where it was the discretization technique of the foundation using the finite element method. The functions of the model was obtained for a unit harmonic force exciting one node. Afterwards, some nodes of interest in the discretized modal was defined and modal analysis techniques used calculate the natural frequencies of the structural the Fourier Transform of the frequency response of the system is calculated. The shapes modes associated to the natural frequencies which participate of the system response significantly are chosen using the frequency spectrum. The mass, damping factor and stiffness of the considered modes are obtained afterwards. The mechanical impedance matrix is obtained for these modes. The results was plotted and analyzed. Further results showing the behaviour of the structure are presented whose parameter were identified by the analytical transfer functions its importance is relevant to implement and compare to the model physical / Mestrado / Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T18:37:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_CleudmarAmaralde_D.pdf: 10285241 bytes, checksum: 75a97d74eaed141b8b86031582b7a8ba (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Uma das principais técnicas de modelagem mixta de sistemas complexos ou de grande porte é a técnica de síntese modal. Os vários métodos de síntese modal propostos são formulados sob dois pontos de vista distintos, ou seja, considerando-se o sistema sem amortecimento ou com amortecimento geral. Além disso, surgem inerentes dificuldades na aplicação da metodologia de síntese modal na análise experimental. Neste trabalho é proposto uma técnica de síntese modal generalizada aplicada em sistemas sem amortecimento ou com amortecimento geral. O método utiliza um superconjunto modal de flexibilidade residual, cuja principal aplicação é na síntese modal experimental. O método utiliza um processo de remontagem das subestruturas que otimiza as equações finais da síntese. Propõe-se, também, um novo procedimento, definido como critério de eliminação automática de modos (CEA), que define um índice de qualidade para os modos das subestruturas, indicando quais serão aqueles mais apropriados para serem mantidos nas bases modais. Todas as metodologias propostas no trabalho foram implementadas em um software denominado Programa STRUCT. O método foi testado através de quatro exemplos de simulação. Foi feita uma validação experimental através de uma estrutura construída em escala reduzida, que visa representar um modelo esquemático e simplificado de uma asa de avião com um tanque de combustível fixado em sua extremidade. Além disso, foi também construído o modelo de elementos finitos da estrutura, com a finalidade de ajustar os modelos analítico e experimental / Abstract: Modal Synthesis is one of the main techniques for the modelling of complex or large sized system's. Two approaches for modal synthesis might be formulated those which considers the behaviour of undamped system's and those where the effects of generalized damping is apprised. Further to those consideration comes the application of the modal synthesis techniques in experimental modal analysis. The present work proposes a generalized modal synthesis procedure for damped and undamped system's. The method uses a residual flexibility superset which is applied to the experimental modal analysis. A methodology for assembling adjacent substructures is also proposed which represents an important step towards the obtention of more accurate final results. Another important procedure introduced is that of automatic selection of modes to be kept in the modal base of the residual flexibility superset, defining a quality index for the modes of each substructure. AlI methodologies have been implemented in the form of the STRUCT software. Results of four numerical simulation and a practical application have been included to illustrate the performance of the methodologies. Finite element models have also been developed for the practical application (Combination of aircraft wing and fuel tank models) for performance comparison purposes / Doutorado / Mecanica dos Solidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Jose Pissolato Filho, Sergio Kurokawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T06:30:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lustosa_LeonardoSilva_M.pdf: 1611174 bytes, checksum: 2c164206f95ffdeb84cf75eeff5c9f1b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho é calcular os parâmetros longitudinais e transversais de linhas de transmissão trifásica a partir das correntes e tensões nas fases das mesmas. Serão utilizadas equações desenvolvidas no domínio modal considerando as obtenções de correntes e tensões em um terminal da linha enquanto o outro terminal permanece em aberto ou em curto-circuito. Inicialmente é apresentada a teoria básica de linhas de transmissão partindo do pressuposto de que tais linhas são melhores representadas através do modelo de parâmetros distribuídos. Assim através da análise de circuitos elétricos e das leis de Kirchhoff são encontradas as equações diferenciais de segunda ordem de tensão e corrente que caracterizam a linha de transmissão. Em seguida é apresentada a metodologia para cálculo dos parâmetros da linha que utiliza a idéia de impedância equivalente de circuito aberto e curto-circuito quando um dos terminais está em aberto e em curto-circuito respectivamente. Utilizando o Toolbox SimPowerSystem do MatLab são simuladas a obtenção das correntes em linhas de transmissão trifásica de 330 kV, 440 kV e 500 kV, todas com comprimento igual a 500 km. De posse de tais correntes são calculados os parâmetros das linhas de transmissão e comparados com seus valores reais, mostrando a viabilidade da metodologia empregada e que o erro obtido com tal metodologia é menor do que o erro entre os parâmetros reais das linhas após construção e seus parâmetros de projeto existente nos bancos de dados das empresas. / Abstract: The objective of this work is to calculate the longitudinal and transversal transmission line parameters using phase currents and voltages. Developed equations are used, in the modal domain, considering current and voltages found between a line terminal and an open line terminal, and a short-circuit terminal. . Initially, the basic transmission line theory is presented assuming that these lines are best represented by distributed parameters model. Therefore, through the analysis of electric circuits and Kirchhoff's laws , second order differential equations for voltage and current are found, which characterizes the line transmission. Next it is shown the method to calculate the line parameters, which uses the concept of open circuit and short-circuit equivalent impedance when one of the terminals is open or in short-circuited respectively. Using the Toolbox of MatLab, SimPowerSystem, estimated currents are simulated in a three-phase transmission line of 330 kV, 440 kV and 500 kV, all with the length of 500 km. The found values are used to calculate parameters of lines transmission and to compared them with their real values, showing that the calculation is possible and that the error obtained with this method is smaller than an error between the real line parameters after construction and those of existing project in the data base of companies. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T14:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LucianoPradode_D.pdf: 36412783 bytes, checksum: 0d0ea68334e1df0ae3e61e59014f3f68 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo dos efeitos dos modos espúrios na análise modal e em esquemas de propagação de feixes na modelagem de guias de onda por elementos finitos mistos. A presença dos modos espúrios no espectro das matrizes de elementos finitos é investigada e discutida a partir de uma formulação alternativa para a análise modal em guias de onda bidimensionais, onde a condição de divergente nulo é imposta inicialmente na equação vetorial de onda. Um novo esquema de propagação de feixes é proposto substituindo a componente longitudinal da equação vetorial de onda pela equação de Gauss e uma análise do efeito dos modos espúrios sobre os esquemas de propagação de feixes é realizada. Testes computacionais de convergência e estabilidade dos novos esquemas de propagação de feixes, assim como dos esquemas convencionais, são apresentados / Abstract: This work shows a study of the effects of spurious modes in the modal analysis and in beam propagation schemes based on finite element mixed for modeling bidimensional waveguides structures. The presence of spurious modes in the spectrum of the finite element matrices is investigated and discussed from an alternative formulation for modal analysis of two-dimensional waveguides, where the divergence-free condition is imposed on the vector wave equation. A new beam propagation scheme is proposed by replacing the longitudinal component of the vectorial wave equation with Gauss equation, and analysis of the effect of spurious modes on beam propagations schemes is performed. Computational convergence and stability tests for the new beam propagations schemes as well as the conventional schemes are presented / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador : Celso Pascoli Bottura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T15:44:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FonsecaNeto_JoaoVianada_D.pdf: 7728376 bytes, checksum: 17601f25107a5461f9795f00c25fb18e (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Apresenta-se nesta tese uma proposta para alocação de auto estruturas em sistemas dinâmicos lineares multivariáveis por realimentação de estado que tem por base o projeto do regulador linear quadrático (RLQ), otimização multiobjetivo, computação evolutiva e programação paralela. O problema da alocação de autoestruturas é formulado em termos de projetos RLQ e de um método de desigualdades no intuito de colocar a formulação proposta como de problema de otimização multiobjetivo. Este problema é solucionado através do desenvolvimento de algoritmo genético paralelo dedicado à busca das matrizes de ponderação do projeto RLQ. Estratégias de busca são formuladas e elementos de inteligência computacional são utilizados para modelá-Ias e implementá-Ias em uma unidade de decisão lógica que interage com o otimizador genético / Abstract: In this thesis a proposal for eigenstructure placement for multivariable linear dynamic systems by state feedback based on the linear quadratic regulator (LQR), multiobjective optimization, evolutionary computation and parallel programming is presented. The eigenstructure placement problem is formulated based on LQR designs and on an inequality method to conceive a multiobjective optimization problem for the proposed formulation. The solution to this problem is obtained via the development of a parallel genetic algorithm dedicated to the search of LQR design's weighting matrices. Search strategies are formulated and elements of computational intelligence are used to model them and their implementations are made on a logical decision unit that interacts with the GA-optimizer / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T20:57:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferraz_FabioGuilherme_M.pdf: 9315977 bytes, checksum: 2c619b06df862551ab474095f22421cc (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho explora o uso de métodos de Síntese Modal dos Componentes (SMC), a Teoria da Perturbação por Mínimo Rank (MRPT) e o Algoritmo de Realização de vetores de Ritz (RRA) como uma ferramenta para a detecção de danos estruturais. A SMC consiste em modelar separadamente componentes individuais de uma estrutura e então acoplá-Ios num sistema único. Os métodos de SMC podem ser generalizados para se permitir o uso de outros vetores, tais como os vetores de Ritz em substituição aos modos normais. Os vetores de Ritz são obtidos a partir de relações de recorrência, e representam uma ótima base de vetores como alternativa aos modos naturais de vibrar dos componentes. O MRPT é um método de detecção de danos baseado em modelo, que usa o fato de que um dano discreto pode ser manifestado num modelo de elementos finitos (MEF) como uma pequena perturbação no rank das matrizes que compõe as propriedades da estrutura. O RRA converte as matrizes em tempo discreto identificadas pelo algoritmo ERA para o tempo contínuo, a partir das quais pode-se extrair os vetores de Ritz experimentais usados para se complementar a matriz de forças dinâmicas residuais na formulação do MRPT. Através do modelo sem danos sintetizado, e do modelo medido com danos, o MRPT com RRA é usado para se detectar a localização do dano e sua extensão, ou no mínimo o componente que contém o dano. Diferentes considerações de modelagem subestruturada são exploradas na detecção de danos usando exemplos numéricos. Em particular um MEF de vigas da estação espacial internacional é implementado e os efeitos de danos localizados em diferentes componentes são investigados / Abstract: This work explores the use of Component Mode Synthesis methods (CMS), Minimum Rank Perturbation Theory (MRPT), and Ritz Realization AIgorithm (RRA) as a structural damage detection tooI. The CMS consists in to modeling individual components of a structure separately and then to couple them to form an assembled system. CMS methods can be generalized to allow the use of other vectors, like Ritz vectors, rather than normal modes. The Ritz vectors are obtained from recurrence relations, and represent a suitable basis vectors as an alternative to component vibration modes. MRPT is a model-based damage detection method, which utilizes the fact that discrete damage is manifested in a structural finite element model (FEM) as a low rank perturbation to the structural property matrices. RRA converts the discrete time system matrices identified by Eigensystem Realization AIgorithm (ERA) to continuous time system matrices, from which one can extract the experimental Ritz vectors used to complement the matrix of dynamic residual forces in the MRPT formulation. With the coupled healthy model and the measured damaged model, the MRPT with RRA is used to detect the damage location and his extent, or at least the component that contains the damage. Different substructure modeling assumptions on damage detectability are explored using numerical examples. In particular a beam FEM of the international space station structure is implemented and the effects of different localized component damages are investigated. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Apresenta uma nova técnica de identificação estocástica para estruturas sujeitas a excitação ambiente utilizando um método não recursivo, a análise estatística e a transformada wavelet. A análise estatística contribui para a seleção da melhor ordem para o sistema e automação dos procedimentos computacionais. Em geral há dificuldade para a identificação de baixas freqüências. A transformada wavelet é uma ferramenta fundamental para a compressão de dados e torna possível a identificação completa incluindo baixas freqüências e modos acoplados, além de melhorar significativamente a eficiência computacional do método. É apresentado o estudo de três sistemas simulados e os resultados obtidos são comparados aos parâmetros modais teóricos. / A new form to carry out stochastic identification of structures in operational conditions using a non recursive method, the statistic analysis and the wavelet transform, is presented. The statistic analysis contributed to select the best system order and to automation of computational procedures. In general the identification of low frequencies is a difficult task. The wavelet transform is an essential tool for compression of data making possible the complete identification including low frequencies. In addition it improves the computational efficiency. The study of three simulated system is presented and the results are compared with the analytical modal parameters.

The development of technologies to reduce turbofan engine noise reveals the fan noise, the first stage of an engine, as a great contributor for the total noise of an airplane. So a better understanding of the fan noise generation came up and motivated the construction of a fan rig test facility at the University of São Paulo in São Carlos by a partnership between the university and EMBRAER S.A.. The fan rig is composed of a long duct (12mlong) comprising a 16-bladed fan rotor and 14-vaned stator. The rotor is powered by an 100 hp electrical motor allowing speed up to 4250 RPM resulting in 0.1Mach axial flow. A 77-microphone wall-mounted array was designed for fan noise analysis. A cooperation with NASA-Glenn allowed data and information exchanging from their similar fan rig setup, the ANCF, grating then the validation of the in-house developed software. A short guide for duct-array is proposed in this work. Complex software was developed to process the data from the microphones array. We performed 3 different types of analysis: power spectral density, noise imaging obtained by acoustic beamforming and modal analysis.We proposed a different technique for modal analysis based on beamforming images in this work.We did not find any similar technique in the references. The results obtained by this technique were validated with data from ANCF-NASA. Comparative results are presented for both fan rigs, such as: power spectral densities for different fan speeds, modal analysis at the blade passing frequency (strong tones generated by the fan), noise imaging obtained by beamforming for rotating and static noise sources. Finally, results achieved in this work are in agreement with those observed in the references consulted. / Como desenvolver de tecnologias para redução de ruído de motores aeronáuticos turbofans, o ruído gerado pelo fan (primeiro estágio do motor) vem se mostrando cada vez mais um grande contribuinte na emissão total de ruído em um avião. Com isso, a necessidade de se estudar mecanismos geradores de ruído nestes motores veio à tona e motivou a construção de uma bancada de experimentos aero-acústicos junto àUniversidade de São Paulo, campus São Carlos, oriundo da parceria entre EMBRAER S.A. e Universidade de São Paulo. A bancada de ensaios compõe um conjunto rotor/estator, sendo que o fan (rotor) é equipado com 16 pás e a estatora 14 pás, conectado a um motor elétrico de 100 hp através de um eixo ao rotor, alcançando 4250 RPM com velocidade de escoamento axial médio de 0,1 Mach. Esta bancada é composta por um longo duto e a seção de ensaio com o fan localiza-se ao centro. Uma antena dispondo de 77 microfones foi especialmente projetada para fazer aquisição do ruído gerado pelo fan. Uma parceria com a NASA-Glenn possibilitou a troca de informações e dados experimentais de sua bancada de experimentos similar (ANCF) ajudando assim a validar os códigos desenvolvidos bem como comparar resultados para ambas as bancadas. Umpequeno roteiro para projeto de antena para análise modal e beamforming em duto é apresentado neste trabalho. Um complexo software foi desenvolvido a fim de processar sistematicamente os dados aquisitados pelos microfones da antena. Três tipos de análise são feitas: Via espectro densidade de potência; Imagem de ruído acústico obtido através da técnica de beamforming, e por último, análise modal. Uma técnica diferente para análise modal baseada em imagens obtidas através de beamforming é proposta neste trabalho. Nada similar foi encontrado nas referências consultadas. Os resultados foram validados com dados de fontes sintéticas produzidas pela bancada ANCF-NASA. Resultados comparativos para ambas as bancadas são exibidas neste trabalho, tais quais: Análise do espectro densidade de potência para diferentes rotações do fan; análise modal nas frequências de passagem das pás (forte ruído tonal gerado pelo fan); imagem acústica do ruído gerado tanto por fontes rotativas quanto para fontes estáticas. Finalmente, os resultados obtidos estão de acordo com o esperado e de antemão observados nas referências consultadas.

Esta pesquisa apresenta um estudo investigativo da análise modal aplicada a Sistemas de Distribuição (SDs) frente às distorções harmônicas, no contexto da Qualidade da Energia Elétrica (QEE). A partir do método de análise da ressonância modal, foi conduzido um estudo investigativo para apontar quais barramentos são mais sensíveis e permitem uma melhor observação frente às distorções harmônicas. Vale adiantar que o método de análise de ressonância modal, o qual é fundamentado na decomposição espectral da matriz de admitância do sistema elétrico, já apresenta interessantes trabalhos voltados para sistemas de transmissão. O desafio desta pesquisa foi então investigar a sua aplicação para SDs com um direcionamento às distorções harmônicas, bem como ao seu monitoramento. Dentre os resultados encontrados no desenvolvimento da pesquisa, destaca-se um melhor entendimento do problema das distorções harmônicas, o qual permitiu evidenciar a sensibilidade e a observabilidade dos SDs testes frente ao problema definido no contexto da QEE. / This research presents an investigative study of the modal analysis applied to Distribution Systems (DSs) in the context of Power Quality (PQ) considering the harmonic distortions. From the modal resonance analysis, an investigative study was conducted to indicate which bus bars are more sensitive and allow better observation in face of harmonic distortions. It is worth mentioning that the method of modal resonance analysis, which is based on the spectral decomposition of the admittance matrix of the electric system, already presents interesting applications focused on transmission systems. The challenge of this research was to investigate its application to DSs focusing on harmonic distortions, as well as their monitoring. Among the observed results of the research development, a better understanding of the harmonic distortions problem was achieved, which made it possible to highlight the sensitivity and observability of the DSs tests against the problem defined in the context of the PQ.

Visando atender requisitos cada vez mais rigorosos de projeto e exigência dos consumidores, é necessário extrair o máximo desempenho de uma dada estrutura de produto, buscando sempre propriedades superiores as atuais. Para obter-se tais propriedades dinâmicas superiores (resistência, rigidez, peso) existem vários métodos de otimização estrutural, entre os quais a otimização de parâmetros, utilizada em ajustes finos de projeto; a otimização topológica, mais complexa e condicionada pelos processos de fabricação disponíveis e a otimização de forma utilizada em chapas estruturais. Dentre os métodos recentes de otimização de forma merece destaque o método de Padrões de Bossas por Formas Modais desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), que permite grandes ganhos de rigidez estrutural com pequenas deformações no formato das chapas. Entretanto, tal método tem sua aplicabilidade restrita, pois depende de fatores de ponderação cujo critério de escolha não foi explorado pelos autores. O presente trabalho analisa teoricamente o método desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), utilizando para tal uma chapa metálica em condições controladas para determinar um critério coerente de definição dos parâmetros de ponderação do método via otimização computacional suportado por uma análise modal via método dos elementos finitos. Com os resultados dessa análise pode-se criar um programa para implementação do método de Padrões de Bossas por Formas Modais em aplicações industriais, com ganhos significativos nas características estruturais de produtos sem impactos no custo final. / To meet increasingly higher design requirements and consumer demands for design, it is necessary to extract the maximum performance of a given product structure, always seeking superior properties versus current design. To obtain such superior dynamic properties (strength, stiffness, weight) there are several methods of structural optimization, including the parameters optimization used to fine-tune design; the topology optimization, more complex and conditioned by manufacturing processes and the shape optimization as used in structural plates. Among the newer methods for shape optimization, it is worth mentioning the Panel embossing pattern optimization method developed by Frëdo and Hedlung (2004), which allows large structural rigidity gains with small deformations in the plate shape. However, this method has a limited applicability because it depends on weighting factors whose selection criterion was unexplored by the authors. This work theoretically analyzes the method developed by Frëdo and Hedlung (2004), using for such a metal sheet under controlled conditions to determine a coherent criterion for the weighting parameters definition process using computational optimization supported by a modal analysis via finite element method. With the results of this analysis, it was possible to create a program to implement the method embossing pattern optimization method in industrial applications, with significant gains in structural characteristics of products without affecting the final cost.